DE102006062223A1

DE102006062223A1 - Level gauge for determining and monitoring a level of a medium in the process space of a container

Info

Publication number: DE102006062223A1
Application number: DE102006062223A
Authority: DE
Inventors: Klaus Feisst; Eric Bergmann
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-06-26
Also published as: WO2008077738A3; US20100141505A1; US7999725B2; WO2008077738A2; ATE524711T1; EP2102611A2; EP2102611B1

Abstract

A fill level measuring device for ascertaining and monitoring fill level of a medium in the process space of a container by means of a microwave travel time measuring method. The device includes: measurement transmitter; and an antenna unit, which is constructed at least of a hollow conductor and a radiating element, wherein a process isolation element is inserted into the hollow conductor for process isolation between measurement transmitter and the process contacting, radiating element. The process isolation element is made of a ceramic material and includes at least one glass layer, via which the process isolation element is directly glass bonded in the hollow conductor in a glass bonding region.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Füllstandsmessgerät zur Ermittlung und Überwachung eines Füllstandes eines im Prozessraum eines Behälters befindlichen Mediums gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The present invention relates to a level gauge for detection and monitoring a filling level one in the process space of a container located medium according to the preamble of claim 1.

Eine Messmethode aus einer Vielzahl von Messmethoden zur Ermittlung des Füllstands in einem Behälter, ist die Laufzeit-Messmethode. Bei dieser Messmethode werden beispielsweise Mikrowellen über eine Antennenvorrichtung ausgesendet und die an der Mediumsoberfläche reflektierten Echowellen detektiert, wobei die Laufzeit des Messsignals ein Maß für den Abstand ist. Aus der halben Laufzeit lässt sich demgemäß der Füllstand des Mediums in einem Behälter ermitteln. Die Echokurve stellt hierbei den gesamten Signalverlauf als Funktion der Zeit dar, wobei jeder Messwert der Echokurve der Amplitude eines in einem bestimmten Abstand an einer Oberfläche reflektierten Echosignals entspricht. Die Laufzeit-Messmethode wird im Wesentlichen in zwei Ermittlungsverfahren eingeteilt: Bei der Zeitdifferenzmessung wird die Zeit, die ein breitbandiger Wellensignalimpuls für eine zurückgelegte Wegstrecke benötigt, ermittelt. Bei der Kippfrequenzdifferenzmessung (FMCW – Frequency-Modulated Continuous Wave) wird das ausgesendeten, frequenzmodulierten Hochfrequenzsignals zum reflektierten, empfangenen, frequenzmodulierten Hochfrequenzsignal ermittelt. Im Weiteren wird keine Beschränkung auf ein spezielles Ermittlungsverfahren gemacht.A Measuring method from a variety of measuring methods to determine the level in a container, is the transit time measurement method. For example, with this method of measurement Microwaves over an antenna device emitted and reflected on the medium surface Echowellen detected, the transit time of the measuring signal is a measure of the distance is. From the half term leaves Accordingly, the level of the medium in a container determine. The echo curve represents the entire signal curve as a function of time, each measurement of the echo curve of the Amplitude of a reflected at a certain distance on a surface Echo signal corresponds. The transit time measurement method is essentially defined in Two investigation procedures: In the time difference measurement is the time that a broadband wave signal pulse traveled Distance needed, determined. In the tipping frequency difference measurement (FMCW - Frequency-Modulated Continuous Wave) is the emitted, frequency-modulated high-frequency signal to the reflected, received, frequency modulated radio frequency signal determined. Furthermore, there is no restriction to a special investigation made.

Bei bestimmten Prozessanwendungen sind die Füllstandsmessgeräte extremen Bedingungen, wie z. B. hohen Temperaturen, hohen Drücken und/oder chemisch aggressiven Stoffen, ausgesetzt. Insbesondere Mikrowellen-Füllstandsmessgeräte weisen temperatur- und/oder druckempfindliche Bauteile auf. Diese sind beispielsweise eine Messgerätelektronik und Sende- und/oder Empfangselemente für die Mikrowellen.at In certain process applications, the level gauges are extreme Conditions, such as As high temperatures, high pressures and / or chemically aggressive substances exposed. In particular, microwave level gauges have temperature and / or pressure sensitive components on. These are For example, a meter electronics and transmitting and / or receiving elements for the microwaves.

Durch das Einfügen eines hermetisch dichten Prozesstrennelements in den Hohlleiter der Antenne die größtmöglichste Sicherheit gewährleistet, da ein zweites „Sicherheitselement" den Prozess, bei einer Trennung der modularen messaktiven Teile, wie z. B. einer Einkoppeleinheit/Erregerelement oder der Messgeräteelektronik, von dem messpassiven Teilen, wie z. B. die Antenne, aufgrund einer Wartung oder Reparatur, verschließt.By the insertion a hermetically sealed process separation element in the waveguide the antenna the largest possible Safety is guaranteed there a second "security element" the process, at a Separation of modular measuring active parts, such. B. a coupling unit / excitation element or the meter electronics, from the measuring passive parts, such. B. the antenna, due to a Maintenance or repair, closes.

Diese Problematik und eine Lösung hierzu ist bereits in der der EP 0 943 902 A1 behandelt. Dort ist ein mit Mikrowellen arbeitendes Füllstandsmessgerät für Hochtemperaturanwendungen mit einer Antenne beschrieben, das ein Prozesstrennelement im Hohlleiterbereich der Antenne aufweist. Als Prozesstrennelement ist unter anderem ein Glasfenster beschrieben. Diese Glasfenster schützen die empfindlichen Bauteile der Füllstandsmessgeräte vor extremen Messbedingungen, wie beispielsweise hohe Temperaturen, hohe Drücke, chemisch aggressiven Medien. Nachteilig an dieser Ausgestaltung des Prozesstrennelements ist, dass Glasfenster bedingt durch die verfügbare Produktionstechnik, beispielsweise aufgrund der unterschiedlichen Materialausdehnungen in einer dünnwandigen metallischen Hülse hergestellt werden muss. Diese Hülse mit dem Glasfenster muss in weiteren, komplizierten Arbeitsschritten in den Hohlleiter eingelötet oder geschweißt werden. Dies erfordert einen hohen zusätzlichen Arbeitsaufwand bei der Herstellung der Antenne des Füllstandmessgeräts. Bei der Vielzahl von Arbeitsschritten werden außerdem die Herstellungskosten und das Sicherheitsrisiko aufgrund von Herstellungsfehlern erhöht.This problem and a solution to this is already in the EP 0 943 902 A1 treated. There is described a microwave level gauge for high temperature applications with an antenna having a process separator in the waveguide region of the antenna. As a process separation element, inter alia, a glass window is described. These glass windows protect the sensitive components of the level gauges from extreme measuring conditions, such as high temperatures, high pressures, chemically aggressive media. A disadvantage of this embodiment of the process separation element that glass window must be made due to the available production technology, for example due to the different material expansions in a thin-walled metallic sleeve. This sleeve with the glass window must be soldered or welded in further, complicated steps in the waveguide. This requires a high additional workload in the manufacture of the antenna of the level gauge. In addition, in the plurality of operations, the manufacturing cost and the safety risk due to manufacturing defects are increased.

In der US 2005/0253751 A1 ist ein modularer Aufbau einer Hornantenne beschrieben. Das Prozesstrennelement ist in der Form eines keramischen Anpasskegel, der durch Graphitpackungsringen abgedichtet in den Hohlleiter eingebracht ist, ausgebildet. Diese Ausgestaltung hat den Nachteil, dass eine gas-diffusionsdichte, temperaturbeständige Prozesstrennung nicht erreicht wird.In the US 2005/0253751 A1 is described a modular construction of a horn antenna. The process separator is formed in the form of a ceramic adapter cone sealed into the waveguide by graphite packing rings. This embodiment has the disadvantage that a gas-diffusion-tight, temperature-resistant process separation is not achieved.

In der DE 199 50 429 A1 ist ein keramischen Prozesstrennelement beschrieben, das in den Hohlleiter eingeschrumpft ist. Nachteilig ist, dass trotz beispielsweise polierter Grenzflächen am Prozesstrennelement und im Hohlleiter keine Dichtigkeit erreicht wird. Desweiteren können die auf das keramische Prozesstrennelement einwirkenden großen Druckkräfte zu Spannungsrissen führen.In the DE 199 50 429 A1 a ceramic process separator is described which has shrunk into the waveguide. The disadvantage is that despite, for example, polished interfaces on the process isolating element and in the waveguide no tightness is achieved. Furthermore, the large pressure forces acting on the ceramic process separation element can lead to stress cracks.

Nachteilig an den angeführten Ausführungsbeispielen eines Prozesstrennelements des Stands der Technik ist, dass die Herstellung sehr aufwendig und teuer ist. Um eine gasdiffusionsdichte Verbindung zwischen einer Keramik und einem umgebenden metallischen Hohlleiter zu erhalten, ist nach dem Stand der Technik nur das Lötverfahren bekannt. Dabei wird die Keramik als Prozesstrennelement in aufwändigen Arbeitsschritten zunächst an der Oberfläche metallisiert, anschließend in eine Löthülse, die einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die Keramik besitzt (z. B. Kovar), eingelötet und diese zum Schluss mit einem Edelstahl-Hohlleiter verschweißt. Andere Fügetechniken, wie z. B. das Einschrumpfen bei hoher Temperatur, weisen wie schon erwähnt immer eine gewisse Leckrate auf und sind nicht gasdiffusionsdicht.adversely at the cited embodiments A process separator of the prior art is that Production is very complicated and expensive. To a gas-diffusion-proof Connection between a ceramic and a surrounding metallic To obtain waveguide, according to the prior art, only the soldering process known. At the same time, the ceramic as a process separator becomes complex work steps first on the surface metallized, then in a soldering tube, the a similar one CTE as the ceramic possesses (eg Kovar), soldered and this with the end with a stainless steel waveguide welded. Other joining techniques, such as As the shrinkage at high temperature, as always mentioned a certain leakage rate and are not gas diffusion tight.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Füllstandsmessgerät mit einem beständigen, gasdiffusionsdichten Prozesstrennelement zur Prozesstrennung vorzuschlagen, das das die oben genannten Nachteile nicht aufweist und das insbesondere kostengünstig und einfach herzustellen ist.The invention is therefore based on the object to propose a level gauge with a stable, gas-diffusion-tight process separation element for process separation, which is the above mentioned disadvantages does not have and in particular is inexpensive and easy to manufacture.

Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die im Anspruch 1 angeführten Merkmale gelöst.These The object of the invention is achieved by the features cited in claim 1 solved.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Further developments of the invention are specified in the subclaims.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit den zugehörigen Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. In den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind zur besseren Übersicht und zur Vereinfachung die Bauteile oder die Bauteilgruppen, die sich in ihrem Aufbau und/oder in ihrer Funktion entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:Further Details, features and advantages of the subject matter of the invention result from the following description with the accompanying drawings, in which preferred embodiments the invention are shown. Embodiments illustrated in the figures The invention is for a better overview and for simplicity, the components or component groups that are consistent in their construction and / or in their function, with provided the same reference numerals. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Füllstandsmessgeräts der Prozessmesstechnik mit einer Antenneneinheit, und 1 a schematic representation of a level measuring device of the process measuring technology with an antenna unit, and

2 einen Längsschnittansicht des Hohlleiters der Antenneneinheit gemäß 1 mit einem erfindungsgemäßen Prozesstrennelement. 2 a longitudinal sectional view of the waveguide of the antenna unit according to 1 with a process separation element according to the invention.

1 zeigt ein Füllstandsmessgerät 1 der Prozessmesstechnik das zur Ermittlung des Füllstands 2 in einem Behälter 4 eingesetzt wird. Das Füllstandmessgerät besteht grundlegend aus einer Antenneneinheit 7 und einem Messumformer 23. Die Antenneneinheit 7 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein erfindungsgemäßes Prozesstrennelement 11 im Hohlleiter 8 auf. Das Füllstandsmessgerät 1, das über einen Prozessanschluss 35 auf einen Behälter 4 montiert ist, ermittelt beispielsweise nach der Laufzeit-Messmethode den Füllstand 2 eines Mediums 3 bzw. eines Füllguts in den Behälter 4. Die Antenneneinheit 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel als eine Hornantenne ausgebildet. Das erfindungsgemäße Prozesstrennelement 11 ist auch bei nderen Typen von Antenneneinheiten, wie z. B. Stabantenne, Planarantennen, Parabolantennen, und in Messsystemen der Zeitbereichsreflektometrie, die mit einer an einem Wellenleiter geführten Mikrowelle arbeiten, einsetzbar. Die Antenneneinheit 7 lässt sich in zwei grundlegende Funktionseinheiten aufteilen: den Hohlleiter 8 und das Abstrahlelement 12. 1 shows a level gauge 1 the process measuring technology for determining the level 2 in a container 4 is used. The level gauge basically consists of an antenna unit 7 and a transmitter 23 , The antenna unit 7 has in this embodiment an inventive process separator 11 in the waveguide 8th on. The level gauge 1 that has a process connection 35 on a container 4 is mounted, for example, determines the level according to the transit time measurement method 2 a medium 3 or a filling in the container 4 , The antenna unit 7 is formed in this embodiment as a horn antenna. The process separation element according to the invention 11 is also in other types of antenna units, such. As rod antenna, planar antennas, parabolic antennas, and in measuring systems of time domain reflectometry, which operate with a guided on a waveguide microwave, can be used. The antenna unit 7 can be divided into two basic functional units: the waveguide 8th and the radiating element 12 ,

In dem Messumformer 23 ist eine Sende-/Empfangseinheit 27 vorgesehen, in der die Mikrowellen-Messsignale 6 erzeugt werden. Über ein Einkoppelelement 33 werden die Mikrowellen-Messsignale 6 in den Hohlleiter 8 der Antenneneinheit 7 eingekoppelt. Das Einkoppelelement 33 ist über eine Glasdurchführung 34 gasdiffusionsdicht in den Hohlleiter 8 eingebaut. Die in den Hohlleiter 8 der Antenneneinheit 7 eingekoppelten Mikrowellen-Messsignale 6 werden durch gegebenenfalls einen Füllkörper 36 hindurch von dem Abstrahlelement 10 als Sendesignale S in den Prozessraum 5 mit einer vorgegebenen Abstrahlcharakteristik abgestrahlt. Meist wird eine Abstrahlcharakteristik der Mikrowellen-Messsignale 6 mit einer ebenen Wellenfront angestrebt, um Laufzeitunterschiede bei den Reflexionssignalen R zu vermeiden. Die in den Messraum 5 ausgesendeten Mikrowellen-Messsignale 6 werden an der Oberfläche des Mediums 3 reflektiert und nach einer bestimmten Laufzeit wieder von der Sende-/Empfangseinheit 27 empfangen. Über die Laufzeit der Mikrowellen-Messsignale 6 wird der Füllstand 2 des Mediums 3 im Behälter 4 bestimmt.In the transmitter 23 is a transmitting / receiving unit 27 provided in which the microwave measurement signals 6 be generated. Via a coupling element 33 become the microwave measurement signals 6 in the waveguide 8th the antenna unit 7 coupled. The coupling element 33 is over a glass passage 34 Gas-diffusion-tight in the waveguide 8th built-in. The in the waveguide 8th the antenna unit 7 coupled microwave measurement signals 6 Be by optionally a filler 36 through from the radiating element 10 as transmission signals S in the process space 5 emitted with a predetermined emission characteristics. Usually, a radiation characteristic of the microwave measurement signals 6 sought with a flat wavefront to avoid time differences in the reflection signals R. The in the measuring room 5 emitted microwave measurement signals 6 be on the surface of the medium 3 reflected and after a certain period of time again from the transmitting / receiving unit 27 receive. Over the life of the microwave measurement signals 6 becomes the level 2 of the medium 3 in the container 4 certainly.

Die Regel-/Auswerteeinheit 26 im Messumformer 23 hat die Aufgabe, das empfangene Reflektionssignale R der Mikrowellen-Messsignale 6 auszuwerten, indem das Messsignal 6 durch eine Signalverarbeitung und spezielle Signalauswertungsalgorithmen als eine Echokurve weiter verarbeitet wird und daraus die Laufzeit bzw. der Füllstand 2 bestimmt wird.The control / evaluation unit 26 in the transmitter 23 has the task, the received reflection signals R of the microwave measurement signals 6 evaluate by the measurement signal 6 is further processed by a signal processing and special signal evaluation algorithms as an echo curve and from this the runtime or the level 2 is determined.

Die Regel-/Auswerteeinheit 26 kommuniziert über eine Kommunikationsschnittstelle 28 mit einer entfernten Kontrollstelle und/oder mit weiteren Füllstandsmessgeräten 1, die nicht explizit gezeigt sind. Über die Versorgungsleitung 29 kann das Füllstandsmessgerät 1 mit der benötigten Energie versorgt werden. Eine zusätzliche Versorgungsleitung 29 zur Energieversorgung des Füllstandsmessgeräts 1 entfällt, wenn es sich um ein so genanntes Zweileiter-Messgerät handelt, dessen Kommunikation und Energieversorgung über den Feldbus 30 ausschließlich und gleichzeitig über eine Zweidrahtleitung stattfindet. Die Datenübertragung bzw. Kommunikation über den Feldbus 30 erfolgt beispielsweise nach dem CAN-, HART-, PROFIBUS DP-, PROFIBUS FMS-, PROFIBUS PA-, oder FOUNDATION FIELDBUS-Standard.The control / evaluation unit 26 communicates via a communication interface 28 with a remote control point and / or with other level gauges 1 that are not explicitly shown. About the supply line 29 can the level gauge 1 be supplied with the required energy. An additional supply line 29 for supplying energy to the level gauge 1 It is not necessary if it is a so-called two-wire measuring device, its communication and power supply via the fieldbus 30 takes place exclusively and simultaneously via a two-wire line. The data transmission or communication via the fieldbus 30 takes place, for example, according to the CAN, HART, PROFIBUS DP, PROFIBUS FMS, PROFIBUS PA, or FOUNDATION FIELDBUS standard.

In 2 ist eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels des Hohlleiters 8 mit dem erfindungsgemäßen eingeglasten, keramischen Prozesstrennelement 11 aufgezeigt. Erfindungsgemäß ist ein für Mikrowellen durchlässiger, keramischer Anpasskegel 22 vorgesehen, der mittels einer 1–2 mm dicken, ringförmigen Glasschicht 15 in einen metallischen Hohlleiter 8 eingeschmolzen ist. Der Hohlleiter 8 ist in diesem Fall als Rundhohlleiter ausgeführt. Es sind jedoch jegliche andere Formen des Hohlleiters 8 auf die erfindungsgemäße Einbringung des Anpasskegels 22 mittels einer Einglasung anwendbar. Durch Einglasung des keramischen Anpasskegels 22 in den Hohlleiter 8 entsteht eine gasdiffusionsdichte, mikrowellendurchlässige Prozesstrennung, die für den Einsatz bei hohen Temperaturen, hohen Drücken und aggressiven Prozessbedingungen bestens geeignet ist. Nachteilig an einer den Prozess berührenden Glassschicht 15 ist, dass jedoch Glas aufgrund von Wasserdampf eine Korrosion erfährt. Um diese Korrosion der dünnen Glasschicht 15 zu verhindern, ist ein Graphitpackungsring 16 zum Schutz der Glasschicht 15 dieser vorgelagert. Die Dichtwirkung des Graphitpackungsrings 16 wird dadurch erreicht, dass der Hohlleiter 8 zweiteilig ausgeführt ist und über die Verschraubung der beiden Elemente 9, 10 des Hohlleiters 8 eine Druckkraft auf den Graphitpackungsring 16 ausgeübt wird. Zusätzlich kann ein korrosionsbeständiger Überzug 37 partiell auf die Glasschicht 15 aufgebracht werden. Dieser korrosionsbeständige Überzug 37 kann beispielsweise durch Aufdampfen einer Chrom-/Gold-Beschichtung hergestellt werden. Ein Graphitpackungsring 16 als Korrosionsschutz der Glasschicht 15 ist aufgrund des Korrosionsschutzes durch die Aufbringung eines korrosionsbeständigen Überzugs 37 nicht mehr zwingend notwendig. Jedoch wird durch den Graphitpackungsring 16 eine zusätzliche Dichtwirkung erreicht.In 2 is a sectional view of an embodiment of the waveguide 8th with the glazed, ceramic process separating element according to the invention 11 demonstrated. According to the invention, a microwave permeable, ceramic adapter cone 22 provided by means of a 1-2 mm thick, annular glass layer 15 in a metallic waveguide 8th is melted down. The waveguide 8th is designed in this case as a circular waveguide. However, there are any other forms of the waveguide 8th on the inventive introduction of the adapter cone 22 applicable by means of a glazing. By glazing the ceramic adapter cone 22 in the waveguide 8th The result is a gas-diffusion-tight, microwave transparent process separation that is ideally suited for use at high temperatures, high pressures and aggressive process conditions. A disadvantage of a glass layer in contact with the process 15 is that, however, glass on because of water vapor undergoes corrosion. To this corrosion of the thin glass layer 15 to prevent is a graphite packing ring 16 to protect the glass layer 15 this upstream. The sealing effect of the graphite packing ring 16 is achieved by the fact that the waveguide 8th is executed in two parts and on the screw connection of the two elements 9 . 10 of the waveguide 8th a compressive force on the graphite packing ring 16 is exercised. In addition, a corrosion resistant coating 37 partially on the glass layer 15 be applied. This corrosion resistant coating 37 can be made, for example, by vapor deposition of a chromium / gold coating. A graphite packing ring 16 as corrosion protection of the glass layer 15 is due to the corrosion protection by the application of a corrosion-resistant coating 37 no longer necessary. However, through the graphite packing ring 16 achieved an additional sealing effect.

Durch das Einbringen des Prozesstrennelements 11 in den Hohlleiter 8 wird der Wellenwiderstand des Leitersystems verändert. Um diesen Wellenwiderstand anzupassen, verjüngt sich der Hohlleiter besonders im Anpassbereich 14. Das Prozesstrennelement 11 weist einen Anpasskegel 22 mit einer zylindrische Form auf, die sich im Anpassbereich 14 zu beiden Stirnflächen unter einem bestimmten Winkel 24 hin verjüngt und somit beidseitig zumindest einstufige oder mehrstufige Kegelansätze ausbildet. Die Ausführung des Prozesstrennelements 11 als Anpasskegel 22 hat zu Folge, dass der maximale Durchmesser des Kegels größer ist als der minimale Durchmesser des Hohlleiters 8 an der Stelle der maximalen Verjüngung. Aus diesem Grund kann es notwendig sein den Hohlleiter 8 an der Stelle der Einglasung bzw. Einbringung zweiteilig auszuführen und dort eine Trennstelle 20 vorzusehen.By introducing the process separator 11 in the waveguide 8th the characteristic impedance of the conductor system is changed. To adapt this characteristic impedance, the waveguide tapers especially in the fitting range 14 , The process separator 11 has a fitting cone 22 with a cylindrical shape that fits in the fitting area 14 to both faces at a certain angle 24 tapers and thus forms on both sides at least one-stage or multi-level cone approaches. The execution of the process separator 11 as a fitting cone 22 As a result, the maximum diameter of the cone is greater than the minimum diameter of the waveguide 8th at the site of maximum rejuvenation. For this reason, it may be necessary to use the waveguide 8th at the point of glazing or insertion in two parts execute and there a separation point 20 provided.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der Hohlleiter 8, wie schon erwähnt, aus zwei Einheiten, einem ersten Element 9 und einem zweiten Element 10, die über eine Verschraubung 19 miteinander verbunden sind, aufgebaut. An der Trennstelle 21 sind das erste Element 9 und das zweite Element 10 über eine radial umlaufende Schweißnaht an der Außenfläche 32 bzw. an der Trennstelle 20 miteinander gasdicht verschweißt. Diese zweiteilige Ausführung des Hohlleiters 8 ist in diesem Ausführungsbeispiel notwendig, da Erstens das Prozesstrennelement 11 aufgrund der Anpassung des Wellenwiderstands als Anpasskegel 22 ausgeführt ist und Zweitens zum Schutz der Glasschicht vor Wasserdampf ein zusätzlicher Graphitpackungsring als zusätzliches Dichtelement diesem vorgelagert ist.In this embodiment, the waveguide 8th As already mentioned, it consists of two units, a first element 9 and a second element 10 that have a screw connection 19 connected to each other, built. At the separation point 21 are the first element 9 and the second element 10 via a radial circumferential weld on the outer surface 32 or at the separation point 20 welded together gas-tight. This two-part version of the waveguide 8th is necessary in this embodiment, since, first, the process separator 11 due to the adaptation of the characteristic impedance as a fitting cone 22 Secondly, to protect the glass layer from water vapor, an additional graphite packing ring as an additional sealing element is disposed in front of it.

Zur Verringerung der Dämpfung der Mikrowellen 6 ist beispielsweise ein Hohlraum 18 in dem Prozesstrennelement 11 ausgebildet, der mit einem dielektrischen Füllmaterial 38 gefüllt ist. Dieses Füllmaterial 38 weist eine gegenüber der Keramik des Anpasskegels 22 viel geringere Permittivitätszahl bzw. Dielektrizitätszahl auf, wodurch die Intensität der Mikrowellen 6 durch das Füllmaterial 38 nicht stark gedämpft werden. Desweitern ist als Füllmaterial 38 beispielsweise ein Material mit einer geringen thermischen Ausdehnung, z. B. Rohacell, mit Glashohlkugeln oder mit weiteren temperaturkompensierten Füllstoffen, einsetzbar.To reduce the attenuation of microwaves 6 is for example a cavity 18 in the process separator 11 formed with a dielectric filling material 38 is filled. This filling material 38 has a relation to the ceramic of the adapter cone 22 much lower permittivity or dielectric constant, thereby increasing the intensity of the microwaves 6 through the filler material 38 not be strongly dampened. Desweitern is as filler 38 For example, a material with a low thermal expansion, z. B. Rohacell, with glass bubbles or other temperature-compensated fillers used.

Der Anpasskegel 22 wird erfindungsgemäß im ersten Element 9 des Hohlleiters 8 eingefügt. Hierbei wird entweder ein Glassubstrat als Pulver oder vorgefertigter Ring in einen freien Spalt im Einglasbereich 13 eingebracht und durch einen vorgegebnen Temperaturzyklus in einem Ofen aufgeschmolzen. Als Glassubstrat werden beispielsweise die für die Glasdurchführungen üblichen Gläser verwendet. In der Schmelzphase bildet die Glasschicht 15 zu dem metallischen Hohlleiter 8 und/oder zu dem keramischen Anpasskegel 22 eine stoffschlüssige, gasdiffusionsdichte Verbindung aus. Desweiteren ist er auch möglich, eine Glasschicht 15 direkt auf dem Keramikkörper des Anpasskegels 22 aufzubringen und dieses vorgefertigte Teil in die dafür vorgesehne Aufnehmung im ersten Element 9 des Hohlleiters 8 einzusetzen. Die Aufbringung einer dünnen Glasschicht 15 von einigen Millimetern kann beispielsweise wiederum durch ein chemisches oder physikalisches Gasphasenabscheidungs-Beschichtungsverfahren (CVD, PVD) erfolgen. Die Erhitzung der Glasschicht 15 kann beispielsweise auch dadurch erreicht werden, dass hoch energetische Mikrowellen mit einer hohen Intensität fokussiert auf die Glasschicht 15 eingestrahlt werden und dadurch nur zonal im Einglasbereich 13 eine starke Erwärmung erzeugt wird. Ist der Anpasskegel 22 über die Glasschicht 15 stoffschlüssig in das erste Element 9 des Hohlleiters 8 eingeschmolzen und ggf. eine korrosionsbeständiger Überzug 37 aufgebracht, so wird der Graphitpackungsring 16 über die Verschraubung 19 des zweiten Elements 10 des Hohlleiters 8 fest in die vorgesehen Aussparung unterhalb der Glasschicht 15 gepresst. Vorteilhafterweise ist wird der Ausdehnungskoeffizient der Materialien des Anpasskegels 22, des Hohlleiters 8 und der Glasschicht 15 so aufeinander abgestimmt, dass keine extremen Spannungen oder sogar Spannungsrisse in dem Materialverbund entstehen. Der Anpasskegel 22 wird beispielsweise aus einer technischen Aluminiumoxid-Keramik hergestellt.The fitting cone 22 is inventively in the first element 9 of the waveguide 8th inserted. Here, either a glass substrate as a powder or prefabricated ring in a free gap in the inlet region 13 introduced and melted by a predetermined temperature cycle in an oven. As a glass substrate, for example, the usual for the glass bushings glasses are used. In the melting phase, the glass layer forms 15 to the metallic waveguide 8th and / or to the ceramic adapter cone 22 a cohesive, gas-diffusion-tight connection. Furthermore, it is also possible, a glass layer 15 directly on the ceramic body of the adapter cone 22 Apply and this prefabricated part in the space provided for Aufnehmung in the first element 9 of the waveguide 8th use. The application of a thin layer of glass 15 of a few millimeters, for example, again by a chemical or physical vapor deposition (CVD) coating process (PVD). The heating of the glass layer 15 For example, it can also be achieved by focusing high-energy microwaves with a high intensity on the glass layer 15 be irradiated and thus only zonal in the inlet area 13 a strong warming is generated. Is the fitting cone 22 over the glass layer 15 cohesively in the first element 9 of the waveguide 8th melted and possibly a corrosion resistant coating 37 applied, so is the graphite packing ring 16 over the screw connection 19 of the second element 10 of the waveguide 8th firmly in the provided recess below the glass layer 15 pressed. Advantageously, the expansion coefficient of the materials of the adapter cone is 22 , the waveguide 8th and the glass layer 15 coordinated so that no extreme tensions or even stress cracks in the composite material arise. The fitting cone 22 is made, for example, from a technical alumina ceramic.

Zur Erhöhung der Dichtigkeit und der Korrosionsbeständigkeit kann der in den Hohlleiter 8 eingeglaste, keramische Anpasskegel 22 und die Innenflächen 31 des Hohlleiters 8 selbst mit einer zusätzlichen Beschichtung 17 versehen werden. Diese Beschichtung kann beispielsweise wiederum durch ein einfaches chemisches oder physikalisches Gasphasenabscheidungs-Beschichtungsverfahren (CVD, PVD) erzeugt werden.To increase the tightness and corrosion resistance of the waveguide 8th glazed, ceramic adapter cone 22 and the inner surfaces 31 of the waveguide 8th even with an additional coating 17 be provided. For example, this coating may again be formed by a simple chemical or physical vapor deposition (CVD) coating process. PVD) are generated.

Ein weiterer Vorteil der Einglasung im Vergleich zur Lötung ist, dass keine aufwändige Oberflächenpräparation, wie Politur oder Härtung, der Keramik und keine teuren Materialien, wie z. B. Kovar für die Löthülse, erforderlich sind. Außerdem ist die Herstellung des Prozesstrennelements 11 und dessen Einglasung in den Hohlleiter 8 deutlich einfacher und damit wesentlich kostengünstiger.Another advantage of glazing compared to soldering is that no expensive surface preparation, such as polishing or curing, the ceramic and no expensive materials such. B. Kovar for the soldering sleeve, are required. In addition, the production of the process separator is 11 and its entry into the waveguide 8th much easier and thus much cheaper.

Das erfindungsgemäße Prozesstrennelement 11 liefert weitere Vorteile, dass das Einkoppelelement 33 bei Kondensatbildung und/oder die Elektronik und das Einkoppelelement 33 abgenommen werden können, da in einer ersten Sicherheitsstufe die messinaktiven Teile der Antenneneinheit 7, wie beispielsweise die Flanschplattierung des Füllkörper 36, den Prozess nach außen hin abschließen und das Prozesstrennelement 11 eine zweite Sicherheitsstufe (second line of defence) ausbildet. Dadurch ist es möglich, bei einer Umrüstung oder Reparatur des Füllstandsmessgeräts 1 den Messumformer 23 auf die Antenneneinheit 7 im geschlossenen Prozess zu montieren. Je nach Ausführung und Anwendung kann das Füllstandsmessgerät 1 aus unterschiedlichen Modulen zusammengesetzt werden. Eine Umrüstung des Füllstandsmessgeräts 1 auf eine andere Einkoppelungsart, z. B. Stufen- oder Stifteinkopplung, oder eine andere Frequenz, z. B. 6 GHz oder 26 GHz, ist durch die Trennmöglichkeit der aktiven Teile von den passiven Teilen auch im geschlossenen Prozess möglich. Das Einkoppelelement 33 ist beispielsweise modular ausgeführt und kann über einen Verschraubung in den Hohlleiter 8 eingefügt werden.The process separation element according to the invention 11 provides additional benefits that the coupling element 33 in case of condensation and / or the electronics and the coupling element 33 can be removed because in a first security level, the messinaktiven parts of the antenna unit 7 , such as the flange plating of the packing 36 , complete the process to the outside and the process separator 11 a second security level (second line of defense) is formed. This makes it possible to retrofit or repair the level gauge 1 the transmitter 23 on the antenna unit 7 to be mounted in a closed process. Depending on the design and application, the level gauge can 1 be composed of different modules. A conversion of the level gauge 1 to another Einkoppelungsart, z. B. step or pin coupling, or another frequency, z. B. 6 GHz or 26 GHz, is possible by the ability to isolate the active parts of the passive parts in a closed process. The coupling element 33 For example, it is modular and can be screwed into the waveguide 8th be inserted.

11: Füllstandsmessgerätlevel meter
22: Füllstandlevel
33: Mediummedium
44: Behältercontainer
55: Prozessraumprocess space
66: Mikrowellen, Mikrowellen-Messsignalmicrowaves, Microwave measuring signal
77: Antenneneinheitantenna unit
88th: Hohlleiterwaveguide
99: erstes Elementfirst element
1010: zweites Elementsecond element
1111: ProzesstrennelementProcess separating element
1212: Abstrahlelementradiating
1313: EinglasbereichEinglasbereich
1414: AnpassbereichFitting
1515: Glasschichtglass layer
1616: GraphitpackungsringGraphite packing ring
1717: Beschichtungcoating
1818: Hohlraumcavity
1919: Verschraubungscrew
2020: SchweißnahtWeld
2121: Trennstelleseparation point
2222: Anpasskegeladaptation cone
2323: Messumformertransmitters
2424: Winkelangle
2525: Stufenstages
2626: Regel-/SteuereinheitRegulating / control unit
2727: Sende-/EmpfangseinheitTransmit / receive unit
2828: KommunikationsschnittstelleCommunication Interface
2929: Versorgungsleitungsupply line
3030: Kommunikationsleitungcommunication line
3131: Innenflächepalm
3232: Außenflächeouter surface
3333: Einkoppelelementcoupling element
3434: GlasdurchführungGlass bushing
3535: Prozessanschlussprocess connection
3636: Füllkörperpacking
3737: Korrosionsbeständiger ÜberzugCorrosion resistant coating
3838: Füllmaterialfilling material
RR: Reflexionssignalereflection signals
SS: Sendesignaletransmission signals

Claims

Level measuring device for determining and monitoring a level of a located in the process space of a container medium by means of a transit time measurement method of microwaves, consisting of a transmitter and an antenna unit, which is composed of at least a waveguide and a radiating element, wherein the microwave permeable, process separation element in the waveguide for Process separation between the transmitter and the process-contacting radiating element is inserted, characterized in that the process separation element ( 11 ) is made of a ceramic material and at least one glass layer ( 15 ), via which the process separator ( 11 ) in an entrance area ( 13 ) directly into the waveguide ( 8th ).

Apparatus according to claim 1, characterized in that at least one graphite packing ring ( 16 ) is provided on the process side, which has an additional sealing effect and the glass layer ( 15 ) the direct gating process side before corrosion by the medium ( 3 ) protects.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that at least one partially applied, corrosion-resistant coating ( 37 ) on the process side on the glass layer ( 15 ) is provided, the glass layer ( 15 ) the direct gating process side before corrosion by the medium ( 3 ) protects.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the waveguide ( 8th ) in several parts from at least one first element ( 9 ) and a second element ( 10 ) is constructed.

Apparatus according to claim 2 and 4, characterized in that a mutual attachment by means of a screw connection ( 19 ) of the first element ( 9 ) and the second element ( 10 ) is provided, which due to a generated counterpressure on the graphite packing ring ( 16 ) causes an additional sealing effect.

Apparatus according to claim 1, characterized in that a circumferential weld ( 20 ) on the outer surface ( 32 ) of the waveguide ( 8th ), which has a separation point ( 21 ) of the first element ( 9 ) and the second element ( 10 ) of the waveguide ( 8th ) fixed against rotation.

Device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the glass layer ( 15 ) is a layer thickness of 0.5 to 5 millimeters.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the process side, a microwave transparent, corrosion-resistant coating ( 17 ) on the glazed process separator ( 11 ) and / or the inner surface ( 18 ) of the waveguide ( 8th ) is provided.

Apparatus according to claim 1 or 8, characterized in that the ceramic process separation element ( 11 ) as a fitting cone ( 22 ) whose cross-section is in a fitting range ( 14 ), starting from an entrance area ( 13 ) of the zonal direct illumination of the adapter cone ( 22 ) in the waveguide ( 8th ), in at least one step ( 25 ) and at least one angle ( 24 ) conically tapered.

Device according to claim 1, 8 or 9, characterized in that inside the ceramic process separating element ( 11 ) a hermetically sealed cavity ( 18 ) is trained.

Apparatus according to claim 10, characterized in that in the hermetically sealed cavity ( 18 ) of the ceramic process separator 11 a microwave permeable filling material ( 38 ) is provided with a lower Permittivitätszahl.

Apparatus according to claim 1, 4, 6, 8 or 9, characterized in that a single-stage or multi-stage linearly decreasing inner diameter of the waveguide ( 8th ) in a fitting range ( 14 ) of the process separator ( 11 ) is provided in the direction of the zonal direct entry.

Device according to claim 1, 4, 6, 8, 9 or 10, characterized in that as material for the waveguide ( 8th ) a stainless steel pipe or one on the inner surfaces ( 31 ) Metallic coated ceramic or plastic tube is provided.

Apparatus according to claim 1, characterized in that as an antenna unit ( 7 ) a planar antenna, a parabolic antenna, a horn antenna or a rod antenna is provided.